DE4205875A1 - Bedienvorrichtung - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Bedienvorrichtung, insbesondere Drehsteller zur manuellen Eingabe von Informationen in ein elektronisches Gerät.

Zur Bedienung von verschiedenen Geräten und Anlagen haben sich Drehsteller seit langem bewährt. Zur Eingabe von analogen Größen, wie beispielsweise der Lautstärke und der Temperatur, ist meistens der einzugebenden Größe eine bestimmte Winkelstellung des Drehstellers zugeordnet. Drehsteller mit einem Inkrementalgeber bewirken eine differentielle Veränderung der zuvor eingegebenen oder vorgegebenen Größe. Derartige Drehsteller können bei geeigneten Geräten auch zur Auswahl verschiedener Funktionen mit Hilfe von Menüs verwendet werden.

Die Nutzung von Drehstellern wird häufig durch eine haptische Rückmeldung erleichtert - beispielsweise durch ein Rückstellmoment, durch Anschläge, Reibung oder durch Rasten. Bei bekannten Drehstellern ist diese Rückmeldung durch ihre mechanische Konstruktion gegeben und somit starr festgelegt.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, bei einer Bedienvorrichtung, insbesondere bei einem Drehsteller, eine frei veränderbare haptische Rückmeldung zu ermöglichen.

Die erfindungsgemäße Bedienvorrichtung ist gekennzeichnet durch ein Stellglied, dessen Stellung unter Einwirkung einer Betätigungskraft veränderbar ist und das mit einem Wandler zur Erzeugung von elektrischen Signalen verbunden ist, welche die Stellung des Stellgliedes kennzeichnen, und durch ein mit dem Stellglied verbundenes Antriebselement, das unter Steuerung der elektrischen Signale eine Kraft auf das Stellglied ausübt, deren Größe und Richtung von der Stellung des Stellgliedes abhängig ist.

Durch die elektrische Erzeugung der außer der Betätigungskraft auf das Stellglied einwirkenden Kraft ist eine Beeinflussung dieser Kraft in vielfacher Weise möglich. So können beispielsweise eine Raste, ein Rückstellmoment oder ein Anschlag elektrisch nachgebildet werden oder gegebenenfalls jegliche Krafteinwirkung abgeschaltet werden.

Eine Weiterbildung der Erfindung besteht darin, daß der Wandler ein Inkrementalgeber ist, der in Abhängigkeit vom jeweils zurückgelegten Weg bzw. Winkel des Stellgliedes und von der Drehrichtung Impulse erzeugt. Dabei ist vorzugsweise vorgesehen, daß aus den Impulsen Adressen für eine in einem Speicher abgelegte Tabelle erzeugbar sind, in welcher Steuersignale für das Antriebselement als Funktion von der Adresse abgelegt sind.

Durch das Ablegen von Tabellen in einem Speicher sind die verschiedensten haptischen Rückmeldungen realisierbar. Die Verwendung eines Inkrementalgebers ermöglicht eine vorteilhafte Kommunikation zwischen der erfindungsgemäßen Bedienvorrichtung und dem bedienenden Gerät mit Hilfe digitaler Signale.

Eine Anpassung der haptischen Rückmeldung an die bei dem jeweiligen Betriebszustand des zu bedienenden Gerätes vorhandene Situation ist gemäß einer anderen Weiterbildung der Erfindung dadurch möglich, daß verschiedene Funktionen unter Steuerung eines an die Bedienvorrichtung angeschlossenen Gerätes in den Speicher ladbar sind. Zu dem gleichen Zweck kann auch vorgesehen sein, daß die Tabelle mehrere verschiedene Funktionen enthält, von denen jeweils eine Funktion über eine oder mehrere Binärstellen der dem Speicher zugeführten Adresse auswählbar ist.

Für viele Anwendungen der erfindungsgemäßen Bedienvorrichtung ist eine Ausführungsform vorteilhaft, die darin besteht, daß die Funktion im wesentlichen gleiche, periodisch wiederkehrende Abschnitte aufweist. Dadurch entsteht eine Bedienvorrichtung mit untereinander gleichen Rastschritten, bei der beispielsweise die Anzahl der Rastschritte an die jeweilige Bediensituation angepaßt werden kann.

Es können auch verschieden große Rastschritte gewählt werden, wobei ferner der Kraftaufwand von Rastschritt zu Rastschritt verschieden groß sein kann. So können beispielsweise zwei Rastpunkte, die betriebsmäßig häufig eingestellt werden, nahe beieinander liegen und/oder durch eine geringe "Rastkraft" voneinander getrennt sein, während die Bewegung der Bedienvorrichtung in eine nur ausnahmsweise zu benutzende Stellung durch einen großen Weg und/oder eine große Gegenkraft erschwert wird.

Je nach Betriebszustand eines angeschlossenen Gerätes kann ein Rastpunkt auch ein- und ausgeschaltet werden. So kann die erfindungsgemäße Bedienvorrichtung - vom Gerät gesteuert - als Moment-(Dreh-)Taster oder als rastender Schalter dienen.

Im Rahmen der Erfindung ist jedoch auch die Wahl anderer Funktionen möglich, um beispielsweise ein Rückstellungsmoment oder eine Reibung des Betätigungselementes zu realisieren.

Die Art der haptischen Rückmeldung kann gemäß anderen vorteilhaften Ausgestaltungen der Erfindung auch dadurch beeinflußt werden, daß die Form der Funktion innerhalb eines Abschnittes veränderbar ist und/oder daß die Extremwerte der Funktion veränderbar sind.

Je nach Auslegung der erfindungsgemäßen Bedienvorrichtung im einzelnen kann es erforderlich sein, durch die Wirkung des Antriebselementes in Verbindung mit der Steuerung durch die Ausgangssignale des Wandlers bedingte Schwingungen zu verhindern. Dieses kann gemäß einer anderen Weiterbildung der Erfindung dadurch erfolgen, daß ferner ein Dämpfungselement mit dem Stellglied verbunden ist.

Eine andere Weiterbildung der Erfindung ist gekennzeichnet durch die Verbindung mit einem Gerät, das eine Anzeigeeinrichtung zur Darstellung von Auswahlmenüs mit Auswahlpunkten aufweist, wobei die Funktion in Abhängigkeit von der Anzahl und Lage der Auswahlpunkte des Menüs auf der Anzeigeeinrichtung steuerbar ist.

Durch diese Weiterbildung ist eine wesentliche Verbesserung der Bedienung von Geräten und Anlagen möglich, die eine Benutzerführung mit Hilfe von Auswahlmenüs umfassen. Dieses können beliebige elektronische Geräte sein, die über eine geeignete digitale Signalverarbeitung und über eine Anzeigeeinrichtung verfügen, beispielsweise eine Bildröhre oder einen LCD-Bildschirm.

Um ein versehentliches Eingeben einer oder mehrerer vorgegebener Auswahlmöglichkeiten zu erschweren, ist bei einer vorteilhaften Ausführungsform dieser Weiterbildung vorgesehen, daß die Funktion derart ausgestaltet ist, daß eine gegen die Betätigungskraft wirkende Kraft des Antriebselementes besonders groß ist, wenn ein vorgegebener Auswahlpunkt verlassen werden soll.

Die Erfindung läßt zahlreiche Ausführungsformen zu. Eine davon ist schematisch in der Zeichnung anhand mehrerer Figuren dargestellt und nachfolgend beschrieben. Es zeigt:

Fig. 1 ein Blockschaltbild eines Ausführungsbeispiels,

Fig. 2 ein Diagramm zur Darstellung eines Drehmoments in Abhängigkeit vom Drehwinkel bei einem Drehsteller und

Fig. 3 mehrere Beispiele dieser Funktion im Zusammenhang mit dazu passenden Auswahlmenüs.

Gleiche Teile sind in den Figuren mit gleichen Bezugszeichen versehen.

Bei dem in Fig. 1 dargestellten Ausführungsbeispiel sind ein Drehknopf 1, ein Inkrementalgeber 2 und ein Getriebe 3 über eine gemeinsame Welle 4 miteinander verbunden. An einer Antriebswelle 5 des Getriebes 3 befindet sich ein Motor 6 sowie ein Generator 7. Bei dem Ausführungsbeispiel nach Fig. 1 wird davon ausgegangen, daß die Verbindung des Motors 6 mit der Welle 4 über ein Getriebe 3 wegen der Eigenschaften des Motors 6 - beispielsweise geringes Drehmoment - zweckmäßig ist. Es ist jedoch im Rahmen der Erfindung auch möglich, einen geeigneten Motor ohne Getriebe zu verwenden.

In an sich bekannter Weise erzeugt der Inkrementalgeber 2 pro Winkel-Inkrement der Welle 4 zwei Impulse X und Y, die gegeneinander phasenverschoben sind, woraus in einer Auswerteschaltung 8 die Drehrichtung der Welle 4 bestimmt wird. Mit einem Drehrichtungssignal Z und einem der Impulse X bzw. Y wird ein Aufwärts/Abwärts-Zähler 9 gesteuert, an dessen Ausgängen ein digitales Signal ansteht, welches die Winkelstellung des Drehknopfes 1 bezüglich einer an sich beliebigen Anfangsstellung beschreibt.

Der jeweilige Zählerstand wird in einen Mikrocomputer 10 eingegeben, der in an sich bekannter Weise aufgebaut ist und von dem lediglich die zum Verständnis notwendigen Teile, nämlich ein Schreib/Lese-Speicher 11 zum Ablegen einer Tabelle, ein Mikroprozessor 12 und eine Schnittstelle 13 dargestellt sind. Die Schnittstelle 13 dient zur Verbindung mit dem zu bedienenden Gerät 14, das einen Bildschirm 14′ aufweist.

Mit dem Drehknopf 1 ist ein Drucktaster 15 verbunden, der bei einem Druck auf den Drehknopf 1 in Richtung des Pfeils 16 ein Signal an den Mikrocomputer 10 abgibt.

Ein Ausgang des Mikrocomputers 10 ist über einen Digital/Analog-Wandler 17 mit einer Steuerschaltung 18 für den Motor 6 verbunden. Diese enthält an sich bekannte Endstufen und Ansteuerschaltungen. Der Steuerschaltung 18 wird auch die Ausgangsspannung des Generators 7 zugeführt, um eine dämpfende Wirkung zu erzielen.

Beim Einschreiben der jeweiligen Tabelle in den Schreib/Lese-Speicher 11 erfolgt die Adressierung und die Zuführung der einzuschreibenden Daten vom Mikroprozessor 12.

Während der Bedienvorgänge erfolgt die Adressierung des Schreib/Lese-Speichers 11 durch den Zähler 9, während von einem Datenausgang DO die ausgelesenen Daten dem Digital/Analog-Wandler 17 zugeführt werden. Ferner werden bei den Bedienvorgängen die Ausgangssignale des Zählers über den Mikroprozessor 12 und die Schnittstelle 13 dem zu bedienenden Gerät 14 zugeführt. Die verschiedenen Wege der Daten und Adressen sind im Mikrocomputer 10 gestrichelt dargestellt.

Bei Inbetriebnahme des Gerätes 14 oder bei einer Änderung des Betriebszustandes, welche eine andere Bedienung erfordert, werden vom Gerät 14 über die Schnittstelle 13 dem Mikrocomputer 10 Daten einer Tabelle zugeführt, die im Schreib/Lese-Speicher 11 abgelegt werden. Der Inhalt einer derartigen Tabelle ist als Diagramm des Drehmomentes Md des Motors 6 als Funktion des Drehwinkels α in Fig. 2 dargestellt. An den Schnittpunkten 21, 22, 23, 24 der Kurve mit der Nullachse des Drehmomentes Md befinden sich Rastpunkte des Drehstellers.

Wird, von diesen Punkten ausgehend, der Drehwinkel α manuell vergrößert, so entsteht ein positives Drehmoment Md, das entgegengesetzt zur Betätigungskraft gerichtet und bestrebt ist, den Drehwinkel α zu verkleinern. Überwindet der Bediener durch einen entsprechenden Kraftaufwand einen der Punkte 25, 26, 27, so kehrt das vom Motor 6 erzeugte Drehmoment plötzlich seine Richtung um, so daß der Drehsteller auch ohne äußeren Kraftaufwand auf den folgenden Rastpunkt 22, 23, 24 bewegt wird, also einrastet. Entsprechendes gilt für eine manuelle Bewegung in entgegengesetzter Richtung.

An den Enden des durch die Funktion festgelegten Verstellbereichs 28 nimmt das Drehmoment Md jeweils einen Wert an, der innerhalb von Grenzen liegt, welche durch die mechanischen Eigenschaften und durch die zulässige Verlustleistung gegeben sind. Die Extremwerte 25, 26, 27 und 29, 30, 31 können innerhalb dieser Grenzen bezüglich des jeweiligen Anwendungsfalles gewählt werden und gegebenenfalls auch an den jeweiligen Bediener angepaßt werden.

Anhand von Fig. 3 wird im folgenden das vorteilhafte Zusammenwirken einer Bedienerführung mit Hilfe von Menüs mit der erfindungsgemäßen Bedienvorrichtung erläutert. Dabei sind in den Fig. 3a bis 3d links jeweils ein auf einem Bildschirm dargestelltes Menü und rechts davon eine zu diesem Menü passende in der Tabelle abgelegte Funktion dargestellt. Das in Fig. 3a dargestellte Menü weist fünf Auswahlpunkte A bis E auf. Eine nicht dargestellte Leuchtmarke soll mit Hilfe der erfindungsgemäßen Bedienvorrichtung auf einen der Auswahlpunkte gebracht werden. Die für diesen Vorgang im Schreib/Lese-Speicher 11 abgelegte Funktion weist fünf Rastpunkte auf, die gleichlautend mit den Auswahlpunkten des Menüs bezeichnet sind.

Nach einer Auswahl aus dem in Fig. 3a dargestellten Menü gelangt der Bediener beispielsweise in das Menü nach Fig. 3b mit nur drei Auswahlpunkten F, G, H. Um hier eine Auswahl mit Hilfe des Drehknopfes 1 (Fig. 1) zu treffen, wird die in Fig. 3b dargestellte Funktion in den Schreib/Lese-Speicher 11 eingeschrieben. Diese Funktion bewirkt nur drei Rastpunkte F, G, H. Diese sind jedoch über den gleichen Drehwinkel verteilt wie die fünf Rastpunkte A bis E im Zusammenhang mit dem Menü nach Fig. 3a. Dieses hat den Vorteil, daß sich der Bediener in bezug auf den Weg, welche die Leuchtmarke auf dem Bildschirm pro Drehwinkeleinheit zurücklegt, nicht umzugewöhnen braucht. Trotzdem befinden sich Rastpunkte an den richtigen, zum Menü passenden Stellen.

Wählt der Bediener mit Hilfe eines Drucks auf den Drehknopf 1 einen Punkt des Menüs nach Fig. 3b aus, gerät er beispielsweise an eine Aufforderung, einen Analogwert einzugeben, wobei das in Fig. 3c dargestellte Schirmbild erscheint. Anstelle der Quasi-Analoganzeige kann auch eine Digitalanzeige vorgesehen sein. Für diesen Bedienvorgang werden Nullwerte in den Schreib/Lese-Speicher 11 (Fig. 1) eingeschrieben, so daß der Motor 6 keinen Drehmoment auf die Welle 4 ausübt. Der Bediener kann nun ohne haptische Rückmeldung einen Analogwert einstellen und durch Druck auf den Drehknopf 1 eingeben. Alternativ ist in Fig. 3c ein Funktionsverlauf gestrichelt angegeben, der an den Enden des Einstellbereichs federnde Anschläge bewirkt.

Nach diesem Bedienvorgang wird bei dem beschriebenen Beispiel ein Menü aufgerufen, das in Fig. 3d dargestellt ist. Dabei sind drei Auswahlpunkte I, K, L im Rahmen einer routinemäßigen Bedienung zugänglich. Die Funktion weist entsprechende Rastpunkte I, K, L auf. Ein weiterer Auswahlpunkt M ist auf dem Menü räumlich und gegebenenfalls farblich etwas abgesetzt und einer Gerätefunktion zugeordnet, welche nicht routinemäßig ausgeführt werden soll - beispielsweise eine solche, bei der eine erhöhte Aufmerksamkeit des Bedieners erforderlich ist. Der zugehörige Rastpunkt M der Funktion ist unter Berücksichtigung der geometrischen Verhältnisse im Menü festgelegt. Das Drehmoment Md nimmt jedoch zwischen den Rastpunkten L und M einen wesentlich höheren Wert an, wodurch der Bediener vor der Auswahl von M eine Warnung erhält.

Die Erfindung ist nicht auf das dargestellte Ausführungsbeispiel beschränkt, sondern kann im Rahmen des Fachmännischen verbessert und weitergebildet werden. So können beispielsweise anstelle eines Drehstellers auch lineare Steller oder Hebel verwendet werden. Außerdem kann die erfindungsgemäße Bedienvorrichtung mit anderen Bedienvorrichtungen in vorteilhafter Weise kombiniert werden, wie beispielsweise Druckschaltern und Steuerknüppeln (Joysticks).

Claims (12)

1. Bedienvorrichtung, insbesondere Drehsteller zur manuellen Eingabe von Informationen in ein elektronisches Gerät, gekennzeichnet durch

• - ein Stellglied (1, 4), dessen Stellung unter Einwirkung einer Betätigungskraft veränderbar ist und das mit einem Wandler (2) zur Erzeugung von elektrischen Signalen verbunden ist, welche die Stellung des Stellgliedes (1, 4) kennzeichnen, und
• - ein mit dem Stellglied (1, 4) verbundenes Antriebselement (3, 6), das unter Steuerung der elektrischen Signale eine Kraft auf das Stellglied (1, 4) ausübt, deren Größe und Richtung von der Stellung des Stellgliedes (1, 4) abhängig ist.

2. Bedienvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Wandler ein Inkrementalgeber (2) ist, der in Abhängigkeit vom jeweils zurückgelegten Weg bzw. Winkel des Stellgliedes und von der Drehrichtung Impulse erzeugt.

3. Bedienvorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß aus den Impulsen Adressen für eine in einem Speicher (11) abgelegte Tabelle erzeugbar sind, in welcher Steuersignale für das Antriebselement (6) als Funktion von der Adresse abgelegt sind.

4. Bedienvorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß verschiedene Funktionen unter Steuerung eines an die Bedienvorrichtung angeschlossenen Gerätes (14) in den Speicher (11) ladbar sind.

5. Bedienvorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Tabelle mehrere verschiedene Funktionen enthält, von denen jeweils eine Funktion über eine oder mehrere Binärstellen der dem Speicher (11) zugeführten Adresse auswählbar ist.

6. Bedienvorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Funktion im wesentlichen gleiche, periodisch wiederkehrende Abschnitte aufweist.

7. Bedienvorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Form der Funktion innerhalb eines Abschnittes veränderbar ist.

8. Bedienvorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Extremwerte der Funktion veränderbar sind.

9. Bedienvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß ferner ein Dämpfungselement (7, 18) mit dem Stellglied (1, 4) verbunden ist.

10. Bedienvorrichtung nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch die Verbindung mit einem Gerät (14), das eine Anzeigeeinrichtung (14′) zur Darstellung von Auswahlmenüs mit Auswahlpunkten aufweist, wobei die Funktion in Abhängigkeit von der Anzahl und Lage der Auswahlpunkte des Menüs auf der Anzeigeeinrichtung (14′) steuerbar ist.

11. Bedienvorrichtung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Funktion derart ausgestaltet ist, daß eine gegen die Betätigungskraft wirkende Kraft des Antriebselementes (6) besonders groß ist, wenn ein vorgegebener Auswahlpunkt verlassen werden soll.

12. Bedienvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch die Ausbildung als Drehsteller (1, 2) mit einem Druckschalter (1, 15).